Экспериментальное исследование радиопротекторных свойств пирувата лития in vitro

Радиотоксичность является серьезной проблемой для пациентов, проходящих лучевую терапию, поэтому поиск новых препаратов-радиопротекторов для ослабления ее последствий крайне актуален. Радиопротекторы должны обладать рядом свойств, в том числе прямым антиоксидантным действием, снижать окислительный стресс, индуцировать репарацию ДНК или ингибировать апоптоз и при этом не вызывать собственных побочных эффектов. По совокупности свойств перспективными выглядят антиоксиданты на основе солей лития. Целью исследования явилось изучение радиопротекторных свойств пирувата лития in vitro. Материал и методы. В качестве биомоделей для оценки воздействия рентгеновского излучения использовали относительно радиочувствительные мононуклеарные клетки крови и относительно радиоустойчивые фибробласты линии 3T3L1. Клетки инкубировали и облучали в 96-луночных планшетах. Пируват лития применяли в финальной концентрации 1,2 мМ. Облучение проводили с интенсивностью 15 мГр/c в диапазоне поглощенных доз 0–5 Гр на рентгеновской установке (анодное напряжение 160 кВ, средний ток 3,5 мА). Жизнеспособность клеток оценивали с помощью МТТ-теста и резазуринового теста. Оценку вариантов клеточной гибели и уровень окислительного стресса определяли цитофлуориметрическим методом. Результаты. Установлено цитопротекторное действие пирувата лития, проявляющееся в повышении выживаемости клеток и снижении уровня окислительного стресса после облучения в широком диапазоне поглощенных доз. Относительно большая эффективность показана в отношении мононуклеарных клеток крови с повышением жизнеспособной фракции клеток на 5–7 % и снижением уровня окислительного стресса при облучении в диапазоне 1,0–3,0 Гр. Установлено, что апоптоз является основным механизмом гибели клеток после облучения. Пируват лития снижает уровень индукции апоптоза в популяции клеток при облучении и при химически индуцированном окислительном стрессе. Заключение. Показано радиопротекторное действие пирувата лития при рентгеновском облучении in vitro. Выявлено снижение окислительного стресса при действии пирувата лития, что создает патогенетическую основу для потенциального применения данного соединения в качестве радиопротектора, что требует дальнейших исследований на моделях in vivo.

1. Baskar R., Lee K.A., Yeo R., Yeoh K.W. Cancer and radiation therapy: current advances and future directions. Int J Med Sci. 2012; 9(3): 193–9. doi: 10.7150/ijms.3635.

2. Begg A.C., Stewart F.A., Vens C. Strategies to improve radiotherapy with targeted drugs. Nat Rev Cancer. 2011; 11(4): 239–53. doi: 10.1038/nrc3007.

3. Kamran M.Z., Ranjan A., Kaur N., Sur S., Tandon V. Radioprotective Agents: Strategies and Translational Advances. Med Res Rev. 2016; 36(3): 461–93. doi: 10.1002/med.21386.

4. Obrador E., Salvador R., Villaescusa J.I., Soriano J.M., Estrela J.M., Montoro A. Radioprotection and Radiomitigation: From the Bench to Clinical Practice. Biomedicines. 2020; 8(11): 461. doi: 10.3390/biomedicines8110461.

5. Mishra K., Alsbeih G. Appraisal of biochemical classes of radioprotectors: evidence, current status and guidelines for future development.

6. Biotech. 2017; 7(5): 292. doi: 10.1007/s13205-017-0925-0.

7. Szejk M., Kołodziejczyk-Czepas J., Żbikowska H.M. Radioprotectors in radiotherapy – advances in the potential application of phytochemicals. Postepy Hig Med Dosw (Online). 2016; 70(0): 722–34. doi: 10.5604/17322693.1208039.

8. Singh V.K., Seed T.M. The efficacy and safety of amifostine for the acute radiation syndrome. Expert Opin Drug Saf. 2019; 18(11): 1077–90. doi: 10.1080/14740338.2019.1666104.

9. Zivkovic Radojevic M., Milosavljevic N., Miladinovic T.B., Janković S., Folic M. Review of compounds that exhibit radioprotective and/or mitigatory effects after application of diagnostic or therapeutic ionizing radiation. Int J Radiat Biol. 2023; 99(4): 594–603. doi: 10.1080/09553002.2022.2110308.

10. Koukourakis M.I., Giatromanolaki A., Zois C.E., Kalamida D., Pouliliou S., Karagounis I.V., Yeh T.L., Abboud M.I., Claridge T.D., Schofield C.J., Sivridis E., Simopoulos C., Tokmakidis S.P., Harris A.L. Normal tissue radioprotection by amifostine via Warburg-type effects. Sci Rep. 2016; 6: 30986. doi: 10.1038/srep30986.

11. Citrin D., Cotrim A.P., Hyodo F., Baum B.J., Krishna M.C., Mitchell J.B. Radioprotectors and mitigators of radiation-induced normal tissue injury. Oncologist. 2010; 15(4): 360–71. doi: 10.1634/theoncologist.2009- S104.

12. Lledó I., Ibáñez B., Melero A., Montoro A., Merino-Torres J.F., San Onofre N., Soriano J.M. Vitamins and Radioprotective Effect: A Review. Antioxidants (Basel). 2023; 12(3): 611. doi: 10.3390/antiox12030611.

13. Епимахова Е.В., Лосенков И.С., Рощина О.В., Плотников Е.В. Оценка цитопротекторного и антиоксидантного действия пирувата лития на мононуклеары периферической крови больных алкоголизмом. Вопросы наркологии. 2018; 12(171): 36–47.

14. Epimakhova E.V., Plotnikov E.V., Boiko A., Losenkov I. Influence of lithium pyruvate on expression of AKT/mTOR-signaling pathway proteins in mononuclear cells of patients with bipolar disorder. Eur Neuropsychopharmacology. 2020; 40(5): 200–201. doi: 10.1016/j.euroneuro.2020.09.262.

15. Plotnikov E., Losenkov I., Epimakhova E., Bohan N. Protective Effects of Pyruvic Acid Salt Against Lithium Toxicity and Oxidative Damage in Human Blood Mononuclear Cells. Adv Pharm Bull. 2019; 9(2): 302–6. doi: 10.15171/apb.2019.035.

16. Chiu C.T., Wang Z., Hunsberger J.G., Chuang D.M. Therapeutic potential of mood stabilizers lithium and valproic acid: beyond bipolar disorder. Pharmacol Rev. 2013; 65(1): 105–42. doi: 10.1124/pr.111.005512.

17. Wang W., Lu D., Shi Y., Wang Y. Exploring the Neuroprotective Effects of Lithium in Ischemic Stroke: A literature review. Int J Med Sci. 2024; 21(2): 284–98. doi: 10.7150/ijms.88195.

18. Plotnikov E., Korotkova E., Voronova O. Lithium Salts of Krebs Cycle Substrates as Potential Normothymic Antioxidant Agents. J Pharm Bioallied Sci. 2018; 10(4): 240–5. doi: 10.4103/JPBS.JPBS_140_18.

19. Haupt M., Bähr M., Doeppner T.R. Lithium beyond psychiatric indications: the reincarnation of a new old drug. Neural Regen Res. 2021; 16(12): 2383–7. doi: 10.4103/1673-5374.313015.

20. Ветлугина Т.П., Епимахова Е.В., Савочкина Д.Н., Плотников Е.В., Прокопьева В.Д., Лосенков И.С. Действие солей лития на лимфоциты пациентов с аддиктивными и депрессивными расстройствами в опытах invitro. Сибирский вестник психиатрии и наркологии. 2019; 4(105): 5–11. doi: 10.26617/1810-3111-2019-4(105)-5-11.

21. Плотников Е.В., Литвак М.М. Применение аскорбата лития в качестве церебропротекторного средства на модели ишемического инсульта. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. Спецвыпуск «Инсульт». 2020; 3(2): 29–32. doi: 10.17116/jnevro202012003229.

22. Forlenza O.V., De-Paula V.J., Diniz B.S. Neuroprotective effects of lithium: implications for the treatment of Alzheimer’s disease and related neurodegenerative disorders. ACS Chem Neurosci. 2014; 5(6): 443–50. doi: 10.1021/cn5000309.

23. Greenberg D.B., Younger J., Kaufman S.D. Management of lithium in patients with cancer. Psychosomatics. 1993; 34(5): 388–94. doi: 10.1016/s0033-3182(93)71841-1.

24. Ferensztajn-Rochowiak E., Rybakowski J.K. The effect of lithium on hematopoietic, mesenchymal and neural stem cells. Pharmacol Rep. 2016; 68(2): 224–30. doi: 10.1016/j.pharep.2015.09.005.

25. Liu J., Bi K., Yang R., Li H., Nikitaki Z., Chang L. Role of DNA damage and repair in radiation cancer therapy: a current update and a look to the future. Int J Radiat Biol. 2020; 96(11): 1329–38. doi: 10.1080/09553002.2020.1807641.

26. Zhao L., Bao C., Shang Y., He X., Ma C., Lei X., Mi D., Sun Y. The Determinant of DNA Repair Pathway Choices in Ionising Radiation-Induced DNA Double-Strand Breaks. Biomed Res Int. 2020. doi: 10.1155/2020/4834965. 26. Liu L., Liang Z., Ma S., Li L., Liu X. Radioprotective countermeasures for radiation injury (Review). Molecular Medicine Reports. 2023; 27(3): 66. doi:10.3892/mmr.2023.12953.

27. Schaue D., McBride W.H. Opportunities and challenges of radiotherapy for treating cancer. Nat Rev Clin Oncol. 2015; 12(9): 527–40. doi: 10.1038/nrclinonc.2015.120.

28. Thoms J., Bristow R.G. DNA repair targeting and radiotherapy: a focus on the therapeutic ratio. Semin Radiat Oncol. 2010; 20(4): 217–22. doi: 10.1016/j.semradonc.2010.06.003.

29. Daguenet E., Khalifa J., Tolédano A., Borchiellini D., Pointreau Y., Rodriguez-Lafrasse C., Chargari C., Magné N. To exploit the 5 ‘R’ of radiobiology and unleash the 3 ‘E’ of immunoediting: ‘RE’-inventing the radiotherapy-immunotherapy combination. Ther Adv Med Oncol. 2020; 12. doi: 10.1177/1758835920913445.

30. Kargiotis O., Geka A., Rao J.S., Kyritsis A.P. Effects of irradiation on tumor cell survival, invasion and angiogenesis. J Neurooncol. 2010; 100(3): 323–38. doi: 10.1007/s11060-010-0199-4.